发布时间：2021-12-09T02:13:05.551Z 来源：《全球城市研究》2021年第5期作者：周艳春
[导读] 美纳斯（MINAS）水电站位于南美洲厄瓜多尔第三大城市昆卡（CUENCA）西南方向，距首都基多（QUITO）约600km，大坝距昆卡公路里程92km。
中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙 410000
摘要：TBM施工的一种重要隧洞掘进方式，具有自动化程度高、劳动强度低、施工安全快速、能保证施工质量精度等特点，而TBM设备安装是隧洞施工的关键项目。TBM设备组装通常有部件多、机电液系统性强、吊装单元重量大、安装精度高、技术难度大、安全风险高和场地布置要求高等特点，本文以厄瓜多尔美纳斯水电站TBM组装为例，结合实际情况探讨TBM组装工艺、组装难点、安装精度、系统协调等安装工程技术，为安全高效和精确进行TBM设备安装提供实践经验，供类似TBM安装工程借鉴参考。
关键词：TBM隧道掘进机、组装工艺；大件高空翻转；安装精度；系统协调
1、工程概况
美纳斯（MINAS）水电站位于南美洲厄瓜多尔第三大城市昆卡（CUENCA）西南方向，距首都基多（QUI
TO）约600km，大坝距昆卡公路里程92km。电站引水隧洞采用TBM硬岩隧道掘进机施工。引水隧洞进口（TBM出口）位于圣弗朗西斯河（Río San Francisco）和胡邦河（Río Jubones）交汇下游约100m处开挖成形后的TBM工业广场。在工业广场入口支洞的洞轴线上布置一台80t龙门式起重机械，以满足TBM主机及后配套组装及滑行进洞的要求。TBM主机构件以散货海运至厄瓜多尔马查拉港，在马查拉港卸船后通过当地运输公司，陆路运输至MINAS工地TBM工业广场进行组装。
2、TBM组装准备工作
TBM设备安装施工场地已经完成前期土建和基础安装并验收合格；已按要求进行安全技术交底，设备安装人员已经完全了解安装流程，大件（单件）重量和外形尺寸主要数据、螺栓扭矩要求、销轴安装要求、起吊重心和吊具选择标准；
TBM采用如下组装方案：大件卸车后即可放入组装工位，但卸车时需要进行空中翻转，在由专门配置的80t龙门吊吊运至组装工位固定，安装区间布置有一台80t吨龙门吊（大车运行距离50m，起吊高度为9m）、一台50t汽车吊、一台25t汽车吊及一台3t叉车，TBM主要部件参数见下表。
表1.1 TBM主机大构件技术参数表
3、TBM组装施工工艺流程
TBM设备安装依据相互位置关系，遵循整体平衡，从下往上依次安装的原则。
图3.1-1 TBM设备组装施工工艺流程图
4、TBM设备组装
4.1主驱动安装
主驱动部分包括刀头架、底护盾、顶护盾、侧护盾、主驱动电机、主电机减速箱、主轴承、主密封等关键部件，。主驱动内部安装的主轴承、主密封等部件不解体到达工地，为吊装和运输方便，主驱动上下方向安装有专用的吊装工装，达到现场后方便起吊和转运，安装过程中根据安装步逐步进行。
4.1.1组装起重设备选择及吊装布置
起重设备选择按照“安全可靠，经济可行”。根据工地现有起重设备的实际情况，TBM设计的80t龙门吊已安装就位，拟选择50t汽车吊协助80t龙门吊起吊翻转，其他小型部件使用25t汽车吊、以及叉车等设备协同安装。
大件运输到场是平面摆放在地面，全部需要起吊后然后空中翻转竖立换面。其中刀盘采用三点起吊，其他大件采用四点吊装。50t汽车吊进入卸车区域后，定位尽可能靠近大件，汽车吊的工作半径控制在3.5～4.5m，配合80t龙门吊抬吊进行吊装。
吊装方式如下图，图一TBM大件吊装布置图，图二为刀盘的吊点，图三为其他大件的吊点。
图二刀盘吊装点位图三其他大件吊装点位
4.1.2TBM大件翻身
（1）运输平板车倒车进入卸车区域，80t龙门吊先将大件吊起卸车，平板车开离卸车区域，龙门吊将大件平放于地面；
特斯拉涡轮机（2）汽车吊进入卸车区域，靠近大件，起吊半径约为3.5m，与80t龙门吊台抬吊起大件。根据50t汽车吊起重特性曲线，3.5m半径、12m高度下的起吊重量为46t～35t，但是在物体翻转角度在45～60度时，汽车吊的负载将达到45t；
（3）50t汽车吊与80t龙门吊同时将大件抬吊离地面高度约2m处停止；
（4）50t汽车吊开始缓慢下降，80t龙门吊不动作，物体接近地面时，50t汽车吊静止，80t龙门吊缓慢上升，大车向汽车吊行走，保持50t汽车吊工作半径不至于变大，如此循环直至80t龙门吊完全承力；
（5）50t汽车吊松钩，驶离卸车区域；
（6）80t龙门吊单机吊起大件缓慢运行至组装位置，准确放置，待大件固定稳妥后松钩，即完成大件吊装工作。
4.2主梁安装
主梁部分设备主要分三段，长18m。主梁用螺栓连接成一个整体，中间布置有出渣皮带机系统和除尘系统管道，上部是钢供架拼装、锚杆施工作业平台和钢供架等物料输送通道，下部有刀具输送通道；外部布置有钢供架拼装机、两台锚杆液压钻机设备等；中间部位安装有鞍架、主撑靴和推进系统；尾部有后支撑通过油缸伸缩来配合实现TBM设备步进动作，还可以通过鞍架上布置的扭矩油缸等来实现TBM 设备掘进方向的控制和刀盘旋转惯性作用产生的扭矩。
4.3刀盘安装
刀盘总重约70t，刀盘到达现场后先卸车平放到预定位置，先拼装成一个整体，然后焊接成一个整体待安装，刀盘对接面的连接螺栓必须按照扭矩要求拧紧。刀盘吊运，翻转等过程中特别注意保护刀盘安装法兰面，避免碰撞、砸伤、擦挂等影响法兰安装面精度。
4.4设备桥安装
设备桥分三段。前端行走轮搭接在主梁后端平台上，通过拖拉油缸与主梁连接；后端靠设备桥后支腿支撑在后配套拖车轨道上。设备桥中间上部布置有皮带机，下部布置有物料吊机、转轴吊机，左侧布置有折臂吊机，右前方布置有锚杆注浆系统设备，右后侧安装有锚杆钻机液压泵站；右下方布置有轨道储存架、除尘器、除尘风机等设备。
4.5后配套安装
设备安装到设备桥部分时，设备桥后端支撑需要布置在后配套拖车运行轨道上，在隧洞轴线上必须提前安装机车及后配套拖车运行轨道才具备安装条件。将拼装好的后续后配套拖车，分上下两个部分，上部安装有除尘风筒、出渣皮带机、喷浆桥设备液压泵站和电器主控制柜，右下侧安装刀盘喷水、施工用水、生产废水、高压气管和行人平台；中部下方布置有应急发电机组和机车运行通道。
4.6设备调试和试验
安装完成后对TBM设备机械部分的螺栓扭矩、焊接部分的检测、管路密封性、电气线路、液压系统等进行检查，并进行电气调试和液压系统压力测试，调试油缸推力和转动扭矩，验证安装效果，安装完成后组织试验和验收。
5、TBM设备组装重难点及注意事项
（1）TBM大件组装场地相对狭小，此处大件安装80t门机的有效安装区域约（50*9）450m2。而TBM四个大件的占地面积已经占去100m2。为解决场地限制困难需提前规划大件设备摆放区划线定位，有序组织设备大件依次装车进场。待刀盘体定位成功后依次吊装翻身同时完成拼装定位。
（2）TBM大件组装起重量大，单件最大起重量重达72t，四个大件起重量共约240t。吊装安全风险高，需利用50t汽车吊抬吊翻身，同时需保证双机抬吊安全系数，抬吊过程需平稳一致，确保无冲击载荷和过大动载荷载荷。
（3）起升高度空间受限：80t龙门吊最大起升高度为9m，而TBM支撑盾直径达5590mm。需针对每一件设备大件提前配置一套起吊钢丝绳，保证起吊钢丝绳的夹角不大于60度，解决起吊高度到龙门吊限位点的净高局限。
（4）安装精度高：TBM大件组装精度要求高。需要精确配合和就位安装，以刀盘安装为例：厂家单独吊点设置偏心，增设了30t手拉葫芦调节重心，50t汽车吊辅助，另配置一台220挖机在就位时作为水平推力，成功精确就位。
（5）设备安装组织协同要求高。TBM设备系统性强，TBM设备庞大繁杂，采用计算机控制、遥控、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备。既有大体积大重量的钢铁构件，也有精密的控制设备和仪器、复杂的电气系统、液压系统，是大型综合性高新技术产品，必须要提前系统组织，提前做好人员、设备、材料等准备工作，有序组织各专业技术人员和安装人员才能顺利完成组装及调试。
6、结语
厄瓜多尔美纳斯项目TBM设备安装及调试工作受作业面限制施工难度大、安全风险高，各安装作业环节连接紧密，安全管理和部件安装精度控制难度较大，安装质量要求高。通过提前进行起重设备选型和布置优化、合理安排设备安装顺序，利用汽车吊将部分细小部件组装分开独立进行局部拼装，后将大件运
送至安装龙门吊下方利用汽车吊配合龙门吊进行安装，提高了起重设备使用效率和拼装效率，缩短安装时间。同时通过专业控制确保了作业安全、安装精度和质量。高效完成了设备组装任务，同时成果可为后续类似设备安装提供借鉴参考。
参考文献：
[1]《起重吊装计算及安全技术》. 中国建筑工业出版社 2008年6月1日出版卜一德
[2]《全断面岩石掘进机》2005 石油工业出版社2005年8月出版（水利部科技推广中心）
[3]《建筑施工起重吊装安全技术规范》中华人民共和国行业标准JGJ276-2012
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